00哈工大结构力学.pptx
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1、土木工程学院土木工程学院结构力学学科组结构力学学科组HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 结构力学结构力学什么是结构力学什么是结构力学?The meaning of Structural Mechanics顾名思义,结构力学是研究顾名思义,结构力学是研究“结构结构”的的“力学力学”。力学力学研究结构合理形式及在研究结构合理形式及在外界条件作用下反应的外界条件作用下反应的规律性的学科。规律性的学科。结构结构用某种材料按一定方式用某种材料按一定方式组成旨在承受和传递荷组成旨在承受和传递荷载载荷的体系。载载荷的体系。IntroductionIntroduction2024/8
2、/28周三哈工大哈工大 土木工程学院土木工程学院2/40由古至今远古人的穴居陋室远古人的穴居陋室现代太空站现代太空站人类为了生存和发展人类为了生存和发展建造了大量各式各样建造了大量各式各样的构筑物的构筑物2024/8/28周三哈工大哈工大 土木工程学院土木工程学院3/40人类活动的各个领域都有形形色色的结构人类活动的各个领域都有形形色色的结构商业大厦内景商业大厦内景公路大桥雄姿公路大桥雄姿静止的结构静止的结构2024/8/28周三哈工大哈工大 土木工程学院土木工程学院4/40直升机直升机 洲际客机洲际客机天上飞的结构天上飞的结构2024/8/28周三哈工大哈工大 土木工程学院土木工程学院5/4
3、0军车集锦军车集锦机车集锦机车集锦陆地跑的结构陆地跑的结构2024/8/28周三哈工大哈工大 土木工程学院土木工程学院6/40航空母舰航空母舰巡洋舰巡洋舰水上游的结构水上游的结构2024/8/28周三哈工大哈工大 土木工程学院土木工程学院7/40娱乐设施的结构娱乐设施的结构旋转车旋转车过山车过山车2024/8/28周三哈工大哈工大 土木工程学院土木工程学院8/40 结构无所不在结构无所不在结构无所不在结构无所不在2024/8/28周三哈工大哈工大 土木工程学院土木工程学院9/40物体的存在并不是为了受力,而是为了发挥某种物体的存在并不是为了受力,而是为了发挥某种“功能功能”(Function)
4、。)。飞机要在蓝天翱翔飞机要在蓝天翱翔 汽车要在大地奔驰汽车要在大地奔驰 轮船要在海洋游弋轮船要在海洋游弋为了发挥它的功能,它们必须经受外力和内力,为了发挥它的功能,它们必须经受外力和内力,因此它们又必须是因此它们又必须是“结构结构”。结构由于受力过大而无法继续发挥功能时,就称为结构由于受力过大而无法继续发挥功能时,就称为“失效失效”(Faliure),如果结构在预期的工作条件,如果结构在预期的工作条件下,正常使用,它就是具备下,正常使用,它就是具备“安全性安全性”(Safety)的的结构。结构。为了防止结构失效,保证其为了防止结构失效,保证其安全性就要研究结构力学!安全性就要研究结构力学!2
5、024/8/28周三哈工大哈工大 土木工程学院土木工程学院10/40结构的受力特性和承载能力结构的受力特性和承载能力与结构的几何特征密切相关与结构的几何特征密切相关0-1 0-1 结构的分类结构的分类杆系结构杆系结构(structure of bar system):构件的横截面尺寸构件的横截面尺寸长度尺寸;长度尺寸;板壳结构板壳结构(plate and shell structure):构件的厚度构件的厚度表面尺寸表面尺寸;实体结构实体结构(massive structure):结构的长、宽、厚三个尺寸相仿。结构的长、宽、厚三个尺寸相仿。2024/8/28周三哈工大哈工大 土木工程学院土木工
6、程学院11/400-2 0-2 结构力学的任务结构力学的任务控制控制通过控制理论和控制技术,智能化通过控制理论和控制技术,智能化地抵御外界作用下的结构反应。地抵御外界作用下的结构反应。分析分析结构在外因作用下的反应。通过分结构在外因作用下的反应。通过分析使设计的结构既经济合理,又安析使设计的结构既经济合理,又安全可靠。全可靠。识别识别通过系统的反馈信息,确定体系内通过系统的反馈信息,确定体系内在实质(系统识别)或外界作用在实质(系统识别)或外界作用(荷载识别)。(荷载识别)。2024/8/28周三哈工大哈工大 土木工程学院土木工程学院12/40基本任务基本任务1.1.研究结构的研究结构的组成规
7、律组成规律和和合理形式合理形式以及以及计算简图计算简图的合理选择;的合理选择;组成规律:组成规律:保证结构各部分之间不能发生相对保证结构各部分之间不能发生相对运动,以承担预定的荷载;运动,以承担预定的荷载;合理形式合理形式:为了充分发挥结构的性能,更有效:为了充分发挥结构的性能,更有效地利用材料,以达到安全、经济的地利用材料,以达到安全、经济的目的;目的;计算简图:计算简图:将实际结构变成理论模型将实际结构变成理论模型(Structural idealization),便于研究和讨论。,便于研究和讨论。2024/8/28周三哈工大哈工大 土木工程学院土木工程学院13/402.2.讨论结构内力和
8、变形的计算原理和计算方法讨论结构内力和变形的计算原理和计算方法内力计算内力计算是为了保证结构强度和稳定性,使结是为了保证结构强度和稳定性,使结构安全经济;构安全经济;变形计算变形计算是为了保证结构不发生过大位移,满是为了保证结构不发生过大位移,满足使用要求足使用要求3.3.讨论结构的稳定性及在动荷载作用下的结构反讨论结构的稳定性及在动荷载作用下的结构反应规律,利用控制理论寻找恰当的控制方法。应规律,利用控制理论寻找恰当的控制方法。研研究究结结构构在在外外界界因因素素(如如荷荷载载、温温度度变变化化及及支支座座移移动动)的的影影响响下下,结结构构的的反反力力、内内力力和和位位移移的的计计算原理和
9、方法。为结构设计提供理论依据。算原理和方法。为结构设计提供理论依据。2024/8/28周三哈工大哈工大 土木工程学院土木工程学院14/40研究手段研究手段1.1.理论分析理论分析2.2.实验研究实验研究3.3.数值计算数值计算首先把实际结构简化为计算首先把实际结构简化为计算简图,再对计算简图进行理简图,再对计算简图进行理论分析。论分析。结构力学分析要综合考虑三个方面的条件:结构力学分析要综合考虑三个方面的条件:1.1.力系的平衡条件好运动条件;力系的平衡条件好运动条件;2.2.变形的几何连续条件;变形的几何连续条件;3.3.应力应力-应变间的物理条件。应变间的物理条件。将三个条件根据不同的具体
10、情况结合起来就可以得将三个条件根据不同的具体情况结合起来就可以得到不同的计算方法。到不同的计算方法。2024/8/28周三哈工大哈工大 土木工程学院土木工程学院15/40本课与其它课程的关系本课与其它课程的关系高等数学高等数学 作为分析工具作为分析工具理论力学理论力学 着重讨论物体的机械运动着重讨论物体的机械运动材料力学材料力学 以单杆作为对象,讨论应力以单杆作为对象,讨论应力-应变关系应变关系弹性力学弹性力学 以实体和板壳结构为研究对象以实体和板壳结构为研究对象结结构构力力学学 重重点点研研究究杆杆系系结结构构,它它为为钢钢混混结结构构、钢钢木木结结构构,水水工工结结构构和和桥桥梁梁结结构构
11、等等专专业课提供力学基础和设计依据。业课提供力学基础和设计依据。2024/8/28周三哈工大哈工大 土木工程学院土木工程学院16/40基本要求:基本要求:(1).注意与理论力学和材料力学的联系注意与理论力学和材料力学的联系(2).注意理论联系实际注意理论联系实际(3).注意分析方法和计算能力的培养注意分析方法和计算能力的培养(4).注意多练,认真做好作业,不盲目注意多练,认真做好作业,不盲目(5).注意自学能力的培养注意自学能力的培养2024/8/28周三哈工大哈工大 土木工程学院土木工程学院17/400-3 0-3 计算简图计算简图计算工程实际问题的过程计算工程实际问题的过程:力学模型的合理
12、性直接决定计算结果的正确性,力学模型的合理性直接决定计算结果的正确性,因此因此模型的概念模型的概念和和建立力学模型的思想建立力学模型的思想是学习的一是学习的一个重点。计算简图的选用需要较深厚的力学概念,个重点。计算简图的选用需要较深厚的力学概念,并与工程实践相结合,以及实践的检验。需要通过并与工程实践相结合,以及实践的检验。需要通过物体间的接触与联接方式的简化来体会建模思想和物体间的接触与联接方式的简化来体会建模思想和建模过程。建模过程。实际对象实际对象 力学模型力学模型 数学模型数学模型 计算计算2024/8/28周三哈工大哈工大 土木工程学院土木工程学院18/40计算简图计算简图(comp
13、uting model of structure)为了结构计算,需要对实际结构进行一些为了结构计算,需要对实际结构进行一些简化和假设,略去某些次要因素,保留其简化和假设,略去某些次要因素,保留其主要受力特征和变形特点,以简化图形代主要受力特征和变形特点,以简化图形代替实际结构,该图形称为替实际结构,该图形称为计算简图计算简图。选取结构的计算简图必要性、重要性:选取结构的计算简图必要性、重要性:实际结构错综复杂,面面俱到困难重重。实际结构错综复杂,面面俱到困难重重。适当简化合理选型,存本去末关键一环。适当简化合理选型,存本去末关键一环。2024/8/28周三哈工大哈工大 土木工程学院土木工程学院
14、19/40能反映结构的实际受力特点,保证计算精度和可靠性。能反映结构的实际受力特点,保证计算精度和可靠性。忽略次要因素,使计算切实可行。忽略次要因素,使计算切实可行。选取结构的计算简图的原则:选取结构的计算简图的原则:计算简图要它能反映工程结构物的如下特征:计算简图要它能反映工程结构物的如下特征:1 1受力特性(受力特性(荷载的大小、方向、作用位置荷载的大小、方向、作用位置)2 2几何特性(几何特性(构件的轴线、形状、长度构件的轴线、形状、长度)3 3支承特性(支承特性(支座的约束反力性质、杆件连接形式支座的约束反力性质、杆件连接形式)2024/8/28周三哈工大哈工大 土木工程学院土木工程学
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